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Contenu principal

Révision de la structure et de la réplication de l'ADN

Termes clés

TermesSignification
ADN (acide désoxyribonucléique)Acide nucléique qui transmet l'information génétique du parent à la descendance et encode la production de protéines
NucléotideÉléments de base des acides nucléiques
Double héliceStructure double brin, enroulée autour d'un axe en une échelle tordue
Réplication de l'ADNProcessus au cours duquel une molécule d'ADN double brin est copiée pour produire deux molécules identiques d'ADN
Appariement des basesPrincipe selon lequel les bases azotées des molécules d'ADN se lient les unes aux autres

Structure de l'ADN

L'ADN est un acide nucléique, l'un des quatre principaux groupes de macromolécules biologiques.

Les nucléotides

Tous les acides nucléiques sont constitués de nucléotides. Dans l'ADN, chaque nucléotide comprend trois parties : un sucre à 5 carbones appelé désoxyribose, un groupe phosphate et une base azotée.
L'ADN utilise quatre types de bases azotées : l'adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T).
Les nucléotides de l'ARN peuvent également contenir les bases adénine, guanine et cytosine, mais à la place de la thymine, ils comportent une autre base appelée uracile (U).

Les règles de Chargaff

Dans les années 1950, un biochimiste nommé Erwin Chargaff découvre que les bases azotées (A, T, C et G) ne se trouvent pas en quantités égales. Cependant, la quantité de A est toujours égale à la quantité de T, et la quantité de C équivaut toujours à la quantité de G.
Ces résultats s'avèrent déterminants dans la découverte du modèle de la double hélice d'ADN.

La double hélice

La découverte de la structure en double hélice de l'ADN se concrétise dans les années 1950 grâce à plusieurs scientifiques.,
Image d'une double hélice d'ADN, montrant sa structure droite. Le sillon majeur (ou grand sillon) présente un écart plus large qui s'étend en spirale le long de la molécule, tandis que le sillon mineur (ou petit sillon), plus étroit, se déploie parallèlement au grand sillon. Les paires de bases se trouvent au centre de l'hélice, tandis que le squelette sucre-phosphate est à l'extérieur.
La double hélice d'ADN. Image modifiée à partir de OpenStax, CC BY 3.0.
Les molécules d'ADN présentent une structure antiparallèle, c'est-à-dire que les deux brins de l'hélice s'étendent dans des directions opposées. Chaque brin possède une extrémité 5' et une extrémité 3'.
La résolution de la structure de l'ADN est l'une des grandes découvertes scientifiques du siècle.
La découverte de la structure de l'ADN ouvre la voie à la compréhension de nombreux aspects fonctionnels de l'ADN, comme la façon dont il est copié et comment l'information qu'il transporte est utilisée pour fabriquer des protéines.

La réplication de l'ADN

La réplication semi-conservative produit deux hélices qui contiennent un ancien brin et un nouveau brin d'ADN.
Réplication semi-conservative. Image modifiée à partir de OpenStax, CC BY 3.0.
La réplication de l'ADN est semi-conservative. Cela signifie que chacun des deux brins d'une molécule d'ADN double brin sert de matrice pour produire deux nouveaux brins.
La réplication repose sur l'appariement des bases complémentaires, selon le principe défini par les règles de Chargaff : l'adénine (A) s'apparie toujours à la thymine (T) et la cytosine (C) s'associe toujours à la guanine (G).

Le processus de réplication

Schématisation du modèle de base de réplication de l'ADN de Watson et Crick.
  1. La double hélice d'ADN.
  2. Les liaisons hydrogène se brisent et l'hélice s'ouvre.
  3. Chaque brin d'ADN sert de matrice pour la synthèse d'un nouveau brin complémentaire.
  4. La réplication produit deux doubles hélices d'ADN identiques, chacune avec un brin nouveau et un brin ancien.
La réplication de l'ADN fait intervenir plusieurs enzymes. Ces enzymes "dézippent" les molécules d'ADN en cassant les liaisons hydrogène qui maintiennent ensemble les deux brins.
Chaque brin sert ensuite de matrice pour créer un nouveau brin complémentaire. Les bases complémentaires s'associent les unes aux autres (A-T et C-G).
Matrice d'ADN et création de son brin complémentaire
L'enzyme principale impliquée dans ce processus s'appelle l'ADN polymérase, qui assemble les nucléotides pour synthétiser le nouveau brin complémentaire. L'ADN polymérase corrige également chaque nouveau brin d'ADN pour s'assurer qu'il n'y a pas d'erreurs.

Brin précoce et brin tardif

L'ADN est synthétisé différemment sur les deux brins au niveau de la fourche de réplication.
Un nouveau brin, le brin précoce, s'étend de 5' vers 3' en direction de la fourche. Sa synthèse est continue.
L'autre, le brin à retardement, s'étend de 5' vers 3' en s'éloignant de la fourche. Sa synthèse se fait par petits morceaux appelés fragments d'Okazaki.
Schéma des brins précoce et tardif de la réplication

Exemple : déterminer un brin complémentaire

L'ADN est uniquement synthétisé dans la direction de 5' vers 3'. Vous pouvez déterminer la séquence d'un brin complémentaire à partir de la séquence du brin matrice.
Par exemple, si la séquence d’un brin est 5’-AATTGGCC-3’, le brin complémentaire doit avoir la séquence 3’-TTAACCGG-5’. Cela permet à chaque base de correspondre à son partenaire :
5'-AATTGGCC-3' 3'-TTAACCGG-5'
Ces deux brins sont complémentaires, chaque base d'un brin étant appariée à son partenaire sur l'autre brin. Les paires A-T sont liées par deux liaisons hydrogène, tandis que les paires G-C sont connectées par trois liaisons hydrogène.

Erreurs courantes et idées reçues

  • La réplication de l'ADN n'est pas la même chose que la division cellulaire. La réplication se produit avant la division des cellules, pendant la phase S du cycle cellulaire. Cependant, la réplication ne concerne que la production de nouveaux brins d'ADN, et non celle de nouvelles cellules.
  • Certaines personnes pensent que dans le brin précoce, l'ADN est synthétisé dans la direction de 5’ vers 3’, alors que dans le brin tardif, l’ADN est synthétisé dans la direction de 3’ vers 5’. Ce n'est pas le cas. L’ADN polymérase ne synthétise l’ADN que dans la direction de 5’ vers 3’. La différence entre les brins précoce et tardif, c'est que le brin précoce se forme dans le sens de la fourche de réplication, tandis que le brin tardif est synthétisé en s'éloignant de la fourche de réplication.